银子弹

<<UG NX CAE基础与实例应用>>是我买来学习NX热仿真的一本书, 其中只有一个热仿真例子, 没头没尾的, 很难看懂. 经过一段时间, 找到NX的帮助文件, X的, 原来都是帮助文件里面的内容和例子照搬的, 我服了.

NX除了正常的力学仿真之外, 另外一个高级仿真模块是thermal/flow和couple-thermal (没记错的话). 如果是做简单的无风情况下的热分析的话, 用thermal/flow结合里面的thermal模块就可以了, 做流体力学则用thermal/flow里面的flow模块. 从帮助文件中都能找到相应的例子, 一个是pcb板的, 一个是阀门的. 如果是有空气流动的, 如有风扇的情况下, 则需要考虑空气体积作为流体, 并结合热模块, 那么就要用到更高级的couple-thermal模块了. 在youtube上可以找到一个电源和led的例子.

Siemens NX Thermal analysis of a power supply – part 1/2    http://www.youtube.com/watch?v=s3CEanB00Eo&feature=related

Siemens NX Thermal analysis of lamp – part 1/3

http://www.youtube.com/watch?v=nh6Pv90pzzI

最近主要用到的是没有流体情况下的热仿真. 主要考虑两个方面的问题, 一是材料的热属性, 二是相应的仿真条件.

先说仿真条件, 根据PCB的例子(也可以参考PROe的一个平底锅的例子), 用到的条件有:

• 一个热荷载5w,
• pcb和pcb上芯片分别和空气的对流,
• 一个pcb和芯片之间的热耦合(也就是热传导).

其中对流分别是24和19W/m^2-C(也可以是单位mW/mm^2-C, 值不变), 热耦合需要用到第三个选项热传递系数, 160000W/m^2-C, 计算方法为芯片的材料属性热传导率80W/m-c除以和pcb之间的间隙1mm, 乘以总的接触面积50%, 这些都可以在帮助文件中找到. 进行相应的计算即可.

然后是材料的属性, nx中的材料有orthotropic和isotropic(不同方向和同方向的), 于是PCB就应该用到不同方向的,应该根据布线规则, 横向布线则横向的覆盖铜箔会比较的多, 导热系数会比较大, 与板垂直的z方向应该是绝缘基板, 导热就很小了, 因此三方向的导热系数K分别为

x = 9;

y= 41;

x= 0.55

其中单位可以是W/m-K, 或者W/mm-c, 单位转换值不变. 同时设定其他两个热分析必须的值, 质量2700kg/m^3和比热CP 396J/kg-K.

当然不同的pcb设计有不同导热细数, 因铜箔层数不同而不同. 可以精确查算, 也可以采用以上计算就好…..

同时要注意, 网格划分是也要设置相应的xyz的坐标方向, 2d网格的划分也需要. PCB不同的厚度会导致温度差异很大, 如1.8的厚度可能是58度, 18的厚度就是35度了.

最后芯片采用isotropic同方向, 设置所有材料必须的三个热属性质量, 导热系数K和比热CP分别为2700, 383, 380. 注意单位就好.

关于导热系数, 解释为

又称导热系数，反映物质的热传导能力。按傅里叶定律（见热传导），其定义为单位温度梯度（在1m长度内温度降低1K）在单位时间内经单位导热面所传递的热量。

各类物质的热导率〔W/(m·K)〕的大致范围是：金属为50～415，合金为12～120，绝热材料为0.03～0.17，液体为0.17～0.7，气体为0.007～0.17。

关于比热

比热容是单位质量的某种物质升高单位温度所需的热量。其国际单位制中的单位是焦耳每公斤开尔文（J kg^-1K^-1 或 J kg^-1℃^-1，J是指焦耳，K是指热力学温标，与摄氏度℃相等），即令1公斤的物质的温度上升1摄氏度所需的能量。

未来继续研究热流结合的仿真方法.